Аналоговые компьютеры возвращаются? Что они умеют?

Аналоговые компьютеры возвращаются? Что они умеют?

Давненько мы не слышали об аналоговых компьютерах, да и нужны ли они сегодня, когда дискретная вычислительная техника достигла таких высот, которые были немыслимы на пике расцвета аналоговых вычислительных машин (АВМ). А расцвет этот пришелся на конец 70-х годов, когда цифровые электронные вычислительные машины (ЭВМ) только-только делали свои первые шаги.

Основное отличие аналогового компьютера от дискретного (цифрового) заключается в том, что в АВМ числовые данные представляются в виде аналоговых физических параметров: скорость, длина, напряжение, сила тока, давление. Первым в мировой истории аналоговым компьютером стала изобретенная в 1622 году логарифмическая линейка (в ней данные представляются в виде изменяющейся длины «задающей» и «результирующей» шкалы). Эта АВМ широко применялась студентами, инженерами и учеными в научных и технических расчетах вплоть до появления первых персональных компьютеров.

По прошествии более чем трехсот лет, в середине XX века были разработаны электронные АВМ, с помощью которых решались дифференциальные уравнения, выполнялись операции дифференцирования и интегрирования. Самые сложные аналоговые компьютеры того времени были способны вычислять траектории баллистических ракет и артиллерийских снарядов. Однако цифровые компьютеры превзошли АВМ уже на первых этапах своего развития универсальностью в решении любых задач (для решения каждой конкретной задачи с помощью АВМ приходилось заново создавать вычислительную архитектуру этой самой АВМ).

И вот на примере возрождения из полувекового забвения АВМ мы в очередной раз убеждаемся в непреходящей народной мудрости – «новое – это хорошо забытое старое». А возрождение это происходит благодаря появлению метаматериалов – искусственных структур, построенных по определенным «пространственным планам» из элементов с размерами меньше длины волны распространяемых в них колебаний (электромагнитных, акустических, механических – вообще, любой природы), с которыми эти метаматериалы должны выполнять заданные преобразования. На сегодняшний день известны несколько разновидностей аналоговых вычислителей, созданных на базе метаматериалов, которые работают с электромагнитными волнами. А недавно создан прототип АВМ на базе метаматериала, выполняющего вычислительные операции с использованием акустических волн.

Метаматериал-вычислитель, разработанный в Федеральной политехнической школе Лозанны (École polytechnique fédérale de Lausanne – EPFL), выполняет сложные преобразования фронта и формы звуковой волны в процессе ее отражения от структуры метаматериала (при отражении звуковой волны от «природных» поверхностей ее характеристики, как известно, не изменяются). Главной отличительной особенностью «лозаннского компьютера» является то, что он работает с «пространственными преобразованиями» акустической волны, для восприятия которых нет необходимости в дополнительных преобразующих подсистемах. Все же существующие на сегодняшний день аналоговые компьютеры на базе метаматериалов работают с «частотными преобразованиями», для работы с которыми необходимы дополнительные подсистемы, выполняющие прямое и обратное преобразование Фурье.

Швейцарские изобретатели утверждают, что с помощью созданного ими метаматериала можно решать дифференциальные уравнения второго порядка, выполнять операции дифференцирования, интегрирования, непрерывного преобразования сигналов, обработки изображений, реализовывать нейросети. По их мнению, комплекс указанных вычислительных способностей может служить основой моделирования динамики сложных биологических систем в медицине и нейробиологии.

См. также:

Share on FacebookShare on VKShare on Google+Tweet about this on Twitter

Добавить комментарий